【中玻網(wǎng)】隨著我國建筑玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用，建筑玻璃爆開與掉落導(dǎo)致的安全事故和問題日益凸顯。事故頻發(fā)引起了各級相關(guān)部門部門的高度重視，以往大多是事后統(tǒng)計已有的破損，無法預(yù)測既有建筑玻璃潛在風(fēng)險。

　　鋼化玻璃爆開，俗稱“玻璃癌癥”，是既有玻璃服役安全中普遍但又難以檢驗、“無法治療”的全部性難題。針對建筑玻璃服役安全評價的瓶頸問題，中國建材集團旗下中國建材總院所屬國檢集團重要地位科學(xué)家包亦望敢為天下先，以提升其服役安全和風(fēng)險預(yù)測為目標(biāo)，打破了國內(nèi)外建筑玻璃行業(yè)百年難題。他主持完成的項目“建筑玻璃服役風(fēng)險檢驗和可靠性評價關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備及應(yīng)用”榮獲2017年國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎。

　　科技創(chuàng)新，讓風(fēng)險可以預(yù)測

　　包亦望根據(jù)玻璃的本征脆性和“寧碎不屈”的特點，認(rèn)為要解決這種風(fēng)險預(yù)測問題，首先要搞清楚爆開機理和影響因素。包亦望團隊的研究，是從尋找硫化鎳開始的。

　　玻璃里的硫化鎳雜質(zhì)直徑只有0.1~0.3毫米左右，肉眼基本看不見，用放大鏡或掃描儀檢查微小雜質(zhì)較為困難，現(xiàn)場檢驗更加困難。為了確定雜質(zhì)缺點的性質(zhì)，團隊首先收集大量的鋼化玻璃爆開后的殘片，并取出爆開源的部分玻璃進行斷口分析，每一個爆開源斷口都能找出一個微小的雜質(zhì)。在對大量的雜質(zhì)進行成分分析后，包亦望團隊發(fā)現(xiàn)，除了大家熟知的硫化鎳，還有從未被發(fā)現(xiàn)過的單質(zhì)硅、氧化鋁等雜質(zhì)顆粒。這些并不會發(fā)生相變的雜質(zhì)顆粒由于膨脹系數(shù)與玻璃不一致，在升溫或降溫過程中也會引起雜質(zhì)顆粒與玻璃之間的擠壓，這種擠壓達到一定程度就會導(dǎo)致玻璃局部應(yīng)力超過玻璃局部強度而破裂，從而發(fā)生爆開。因此，鋼化玻璃的爆開是由硫化鎳、單質(zhì)硅等雜質(zhì)擠壓周邊玻璃并產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致的一種脆性材料力學(xué)和斷裂力學(xué)的現(xiàn)象。從力學(xué)的角度來分析和解決問題，這是固體力學(xué)有經(jīng)驗出身的包亦望的強項。

　　利用材料力學(xué)基礎(chǔ)和脆性材料臨界破壞的強度模型，包亦望建立了鋼化玻璃爆開的破壞準(zhǔn)則和爆開條件，證明了鋼化玻璃爆開不僅僅是因為微小顆粒雜質(zhì)，還因為小顆粒雜質(zhì)剛好位于鋼化玻璃的拉應(yīng)力區(qū)。如果雜質(zhì)的膨脹系數(shù)比玻璃大，它將在升溫過程擠壓玻璃，反之，在降溫過程產(chǎn)生界面擠壓。顯然這些擠壓都會引起應(yīng)力集中而導(dǎo)致鋼化玻璃爆開。

　　雖然用光學(xué)或肉眼檢驗微小雜質(zhì)較為困難，但是查找透明材料里面的應(yīng)力集中卻是一件容易的事。包亦望團隊的研究思路因此發(fā)生了根本改變，從查找高層建筑玻璃爆開源雜質(zhì)到檢驗爆開源雜質(zhì)引起的應(yīng)力集中，通過揭示鋼化玻璃內(nèi)部雜質(zhì)顆粒與周邊應(yīng)力場分布的關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)爆開的根本原因在于玻璃內(nèi)部拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)的應(yīng)力集中。

　　包亦望團隊通過分析鋼化玻璃內(nèi)部雜質(zhì)顆粒種類、形貌、尺寸、分布位置對應(yīng)力集中的影響，獲得了鋼化玻璃爆開風(fēng)險等級的影響系數(shù)及劃分標(biāo)準(zhǔn)，提出爆開準(zhǔn)則，并開發(fā)了鋼化玻璃爆開源自動檢驗方法，研制了國內(nèi)外首臺透射式和反射式光彈掃描儀。該技術(shù)被制定為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30020，成為評估鋼化玻璃爆開風(fēng)險的關(guān)鍵手段。技術(shù)還可推廣至玻璃生產(chǎn)線或幕墻安裝前的鋼化玻璃爆開源排查，為建筑玻璃及玻璃制品的安全使用提供了科學(xué)、系統(tǒng)的評價理論及無損在線檢驗方法。

　　包亦望團隊還發(fā)明了“動態(tài)相對法”預(yù)測建筑玻璃掉落風(fēng)險及評估標(biāo)準(zhǔn);開發(fā)了幕墻玻璃掉落風(fēng)險檢驗儀，自動識別幕墻掉落風(fēng)險等級，數(shù)據(jù)無線傳輸，創(chuàng)新技術(shù)還具有普適性，也可推廣到陶瓷幕墻和石材幕墻等外圍構(gòu)件的服役安全檢驗;研制出一種可用于檢驗高空建筑幕墻的機器人裝備——玻璃幕墻安全檢驗智能機器人，解決了高層建筑玻璃幕墻檢驗人員高空作業(yè)風(fēng)險難題，實現(xiàn)了玻璃幕墻安全智能化、自動化檢驗，破解了以往“蜘蛛人”高空對幕墻檢驗的危險難題。

　　建筑玻璃應(yīng)用中另一個突出的問題是服役中空玻璃密封失效而導(dǎo)致建筑不節(jié)能并容易造成外片玻璃脫落，建筑玻璃從高層建筑上脫落到地面是比爆開更加危險的一種災(zāi)害。我國中空玻璃產(chǎn)量和使用量遍布大部分國家，中空玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量及其服役性能檢驗至關(guān)重要。該團隊研發(fā)了無冷媒中空玻璃結(jié)露試驗儀等系列10個類別的耐久性檢驗設(shè)備，建立了耐久性評價技術(shù)體系，率先建成了世界上很大的、可年檢1800個中空玻璃單元體耐久性檢驗服務(wù)平臺，獲得美國中空玻璃認(rèn)證委員會和北美中空玻璃協(xié)會的全部認(rèn)可和驗證，填補了空白區(qū)域。

　　對于服役中的中空玻璃，包亦望揭示了其氣密性和受力變形之間的關(guān)系，即中空層漏氣之后受力和變形均集中在受力作用的那一片玻璃上，從而降低了中空玻璃承載性能，加大了受力非常大的外片玻璃破裂或掉落的安全隱患。發(fā)明了“撓度比較法”現(xiàn)場評價中空玻璃密封性能是否失效的檢驗技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)場評價中空玻璃的安全性能，為建筑玻璃安全服役和災(zāi)難事故的預(yù)測提供了全新的技術(shù)手段。